CN102939539A - 皮下葡萄糖传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量皮下组织内葡萄糖的葡萄糖传感器，所述传感器包括：用于皮下插入的探针，所述探针包括指示剂系统，所述指示剂系统包括与葡萄糖选择性结合的受体，和与所述受体关联的荧光团，其中所述荧光团具有低于100ns的荧光寿命；探测头，所述探测头与所述探针光学连接，并位于身体外；光源；和检测器，所述检测器布置用于接收由所述指示剂系统发射的荧光，其中所述光源和检测器可选地位于所述探测头内；其中，所述传感器布置用于通过监测所述荧光团的所述荧光寿命来测量皮下组织内的葡萄糖浓度。

Description

皮下葡萄糖传感器
技术领域
本发明涉及用于测量皮下组织内的葡萄糖的传感器和皮下葡萄糖测量的方法。
背景技术
对1型和2型糖尿病患者的研究成果(The Diabetes Control andComplications Trial、Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications和United Kingdom Prospective Diabetes Study)已表明，通过频繁监测以及治疗应用或饮食管理更好地控制葡萄糖会改善患者的结果(减缓眼、肾和神经疾病和降低心脏血管疾病和中风的风险)。然而，使用者反对通过指刺频繁采血，然后通过多种可用的手持式血糖仪测量葡萄糖浓度。
对于目前使用的葡萄糖监测技术的另一难点在于它仅提供葡萄糖水平的间歇测量。对于“脆弱的”糖尿病，葡萄糖起伏现象经常猛烈且频繁，并难以置于控制之下，因而作为预防低血糖，连续监测葡萄糖具有显著优点，尤其是在睡眠期间。
有时，将不固定的胰岛素输液泵植入糖尿病患者。在此类病人中，需要连续监测葡萄糖以避免疏忽低血糖。
家庭类糖尿病患者连续地测量葡萄糖必须通过实际接入部位来进行。接入静脉或动脉放置传感器对于家庭糖尿病患者将会是行不通的。然而，皮下组织已被确定为可行的接入点。已开发了通过皮下组织接入葡萄糖的连续的葡萄糖传感器，通常基于电化学技术和葡萄糖选择性酶，如葡萄糖氧化酶。这些传感器对酶的变性敏感，尤其是在生物环境下对酶的变性敏感。而且，因为它们消耗葡萄糖，且依赖葡萄糖对传感器电极的恒定扩散，所以易受误差和漂移影响。对于“植入”1至5天或更久的传感器，传感器漂移是主要问题。
因此，目前可用的技术对于开发在家庭环境内连续监测葡萄糖的可行葡萄糖传感器存在重大阻碍。
对于电化学装置的可替代技术为使用光学传感器，例如基于荧光强度测量的那些传感器。例如，已开发了利用荧光团硼酸化学品作为葡萄糖指示剂的可逆非消耗性荧光光学传感器。此类传感器作为测定葡萄糖浓度的单元测量发射的荧光强度上的变化。此类硼酸葡萄糖指示化学试剂具有对葡萄糖可逆、非消耗且比常用于电化学葡萄糖传感器的酶如葡萄糖氧化酶更稳定的优点。它们在水凝胶内还能够容易地固定到光学纤维上。
然而，对于此类荧光强度测量装置的具体缺点在于需要校准装置。对于荧光强度测量，发射信号取决于指示剂浓度、路径长度和激发强度。为了提供精确读数，必需校准该装置。对于荧光强度测量的更多难点在于指示剂能承受表现为传感器漂移的光漂白，从而需要定期重新校准。考虑到家庭使用传感器的校准，使用者依从是特殊问题，因而重新校准或实际上完全校准的需要是不令人满意的。
因此，尽管已进行大量工作去开发适用于家庭使用的葡萄糖传感器，但仍需要适用于在家庭环境下连续监测葡萄糖的葡萄糖传感器。该传感器应为非侵害的或使用可行的接入点，如皮下组织。而且，传感器应最小化或避免传感器漂移的难点并理想地避免使用者校准的需要。
发明内容
本发明提供一种适用于家庭使用，例如糖尿病病人使用的皮下光学传感器，所述皮下光学传感器用来解决这些困难。本发明的传感器利用荧光团的荧光寿命上的变化，通过监测特定类型荧光团的寿命来精确测量皮下组织内的葡萄糖浓度。
指示剂的荧光寿命为固有性能，且与光源强度、检测器灵敏度、光学系统(如光学纤维)的光通量、固定的传感厚度和指示剂浓度上的变化无关。此外，在测量荧光强度时转化为信号漂移的荧光团的光漂白(photo bleaching)远小于测量荧光寿命时的显著性。这意味着与基于强度的测量相比，在测量荧光寿命时无需补偿这些变量。因而，对于此类装置的终端使用者，这意味着不需要校准或重新校准。因此，皮下葡萄糖的寿命测量在传感器性能、校准和终端使用者易于使用方面具有超出基于强度的测量的显著优势。
然而，本领域中对于开发实际有用的寿命测量装置存在相当大的障碍。精确测量荧光寿命所需的仪器目前昂贵且体积庞大。这不适于发展为家庭使用的传感器，家庭使用中最需要小型、便宜且易于操作的仪器。
长寿命(＞100ns)的荧光金属-配体/硼酸络合物用作葡萄糖光学测量的指示剂能促进小型低成本仪器如用于激发的发光二极管、光电二极管检测器、相位荧光计和查找表(1ook up table)的使用。然而，在使用此长寿命荧光团测量葡萄糖上存在问题。长寿命荧光团始终与氧经历荧光碰撞淬灭，该淬灭的程度与未淬灭的寿命成比例。具有长荧光寿命的金属配位络合物常用于氧的检测和测定。因而在这些长寿命指示剂用于监测组织、细胞间液或血液，或一些其它体液内的葡萄糖时，氧可看作干扰(intereferent)。氧干扰对于运输至周围组织的氧可能会折衷和易变且传感器通常位于非常接近组织表面处的糖尿病患者的皮下葡萄糖测量是特殊问题。
然而，本发明的传感器通过提供使用小型低成本仪器能够测量低于100ns寿命的特定装置而解决了这些问题。因而，本发明能在适用于家庭使用的传感器上实现寿命测量的优点，并消除或减少氧敏感性的难点。
因此，本发明提供一种用于测量皮下组织内葡萄糖的葡萄糖传感器，所述传感器包括：
用于皮下插入的探针，所述探针包括指示剂系统，所述指示剂系统包括选择性结合至葡萄糖的受体和与所述受体关联(associated)的荧光团，其中所述荧光团具有低于100ns的荧光寿命；
探测头，所述探测头与所述探针光学连接，并位于身体外；
光源；和
检测器，所述检测器布置用于接收由所述指示剂系统发射的荧光，其中所述光源和检测器可选地位于所述探测头内；
其中，所述传感器布置用于通过监测所述荧光团的荧光寿命来测量皮下组织内的葡萄糖浓度。
根据优选的实施方式，所述检测器为单光子雪崩二极管。在第一频率下调制由所述光源发射的光的强度，并在不同于第一频率的第二频率下调制对所述单光子雪崩二极管施加的偏压。所述偏压高于所述单光子雪崩二极管的击穿电压。所述偏压的选择意味着不但保持所述检测器的单光子敏感性，而且具有能使用外差测量法的优点。换言之，来自所述单光子雪崩二极管的值得关注的所得测量信号处于与第一频率和第二频率之差对应的频率。第一频率和第二频率可具有约1MHz或更高的量级，但可以它们之差具有例如约数十kHz量级的方式选择。因此，测量电子元件的运行带宽可远低于第一和第二调制频率，从而可进行更简单的设计并对噪声的敏感性较低。
进一步有利的方面为在所述光源的调制信号中引入一系列的附加相位角(或等于相位移的时间延迟)。然后能获得使测量信号的调制深度与所引入的相位角相关的一系列测量。分析这些结果能改进荧光寿命测量的整体精度。
本发明还提供了一种用于本发明的葡萄糖传感器中的一次性探针单元，包括：(a)用于皮下插入的探针，所述探针包括本发明的指示剂系统；和(b)连接器，所述连接器布置用于可选地将所述探针与探测头连接，所述探测头包括光源和检测器，或探测头自身进一步可选地与光源和检测器连接。
本发明还提供了一种适用于连接至分离的探针单元的探测头，其中所述探测头包括检测器，所述检测器为单光子雪崩二极管，所述检测器布置用于接收来自所述探针单元的光，所述探测头适用于监测低于100ns的荧光寿命。
本发明还提供了一种测量皮下组织内的葡萄糖浓度的方法，所述方法包括：
(a)将本发明的传感器的探针插入皮下组织；
(b)由光源对指示剂系统提供入射光；
(c)使用检测器接收由所述指示剂系统响应所述光源对所述指示剂系统入射的光而发射的荧光，并产生输出信号；和
(d)至少基于所述检测器的输出信号确定与荧光团的荧光寿命相关的信息。
附图说明
图1示出了本发明的皮下葡萄糖传感器。
图2单独示出了构成本发明的传感器的探针和探测头以及读数单元。
图3示意性示出了本发明一个实施方式中包含在探测头内的电子设备和包含在读数单元内的电子设备。
图4示出了根据优选实施方式的传感器设备。
图5为根据本发明优选实施方式的葡萄糖浓度测量方法的流程图。
具体实施方式
本文中使用的术语亚烷基为包含例如1至15个碳原子诸如C1-12亚烷基部分、C1-6亚烷基部分或C1-4亚烷基部分的直链或支链烷基部分，如亚甲基、亚乙基、正亚丙基、异亚丙基、正亚丁基、异亚丁基和叔亚丁基。为了消除两个亚烷基部分存在于一个基团中的疑虑，各亚烷基部分可相同或不同。
亚烷基部分可为未取代的或取代的，例如亚烷基部分可具有一个、两个或三个选自卤素、羟基、氨基、(C1-4烷基)氨基、二(C1-4烷基)氨基和C1-4烷氧基中的取代基。优选地，亚烷基部分为未取代的。
本文中使用的术语芳基或亚芳基是指可为单环或多环的C6-14芳基或部分，如苯基、萘基和芴基，优选苯基。芳基可为未取代的或在任何位置取代。通常，它可具有0、1、2或3个取代基。芳基上优选的取代基包括卤素、C1-15烷基、C2-15烯基、-C(O)R(其中R为氢或C1-15烷基)、-CO2R(其中R为氢或C1-15烷基)、羟基、C1-15烷氧基，且其中上述取代基自身都是未取代的。
本文中使用的杂芳基通常为包含选自O、S和N的至少一个杂原子如1、2或3个杂原子的5至14元芳族环，如5至10元环，更优选5至6元环。实例包括噻吩基(thiophenyl)、呋喃基、吡咯基和吡啶基。杂芳基可为未取代的或在任何位置取代。除非另作陈述，杂芳基具有0、1、2或3个取代基。杂芳基上优选的取代基包括上述关于芳基所列的那些取代基。
本发明提供用于测量皮下组织内的葡萄糖浓度的传感器和测量技术。将包括指示剂系统的探针插入皮肤下的皮下组织内。提供一个或多个孔以能使周围组织内的葡萄糖进入探针并与指示剂系统中包括的受体结合。通常，探针与皮下组织和皮肤下的细胞间液接触。因而，来自细胞间液的葡萄糖进入探针，从而传感器反映该细胞间液内的葡萄糖浓度。
指示剂系统包括在探针内，因而在传感器的使用期间位于皮肤下。因此，进入探针的葡萄糖迅速接触指示剂系统。因而，本发明避免了与在接触指示剂之前运输葡萄糖至传感器装置的体外部分的装置相关的时间延迟。
在葡萄糖与指示剂系统的接触时，受体与葡萄糖分子之间发生结合。结合至受体的葡萄糖分子存在会引起指示剂系统的荧光寿命发生变化。由此，指示剂系统内的荧光团寿命的监测提供了结合至受体的葡萄糖量的示数。通过监测寿命衰减来测量葡萄糖浓度之前已由Lakowicz在分析生物化学(AnalyticalBiochemistry 294，154-160(2001))中说明。本文中说明了通过相位调制进行的测量，但相位调制和单光子计数技术都适用于本发明。优选相位调制。
指示剂系统包括至少一个与葡萄糖选择性结合的受体，和与该受体关联的荧光团。荧光团的荧光延迟的寿命在葡萄糖结合至受体时改变，从而允许通过监测荧光团的寿命来检测葡萄糖。在一个实施方式中，受体与荧光团彼此共价结合。
用于葡萄糖的适宜受体为酶类和包含一个或多个、优选两个硼酸基的化合物。在具体的实施方式中，受体为通式(I)的基团：
Figure BDA00002201195500071
其中m和n相同或不同，且通常为1或2，优选1；Sp为脂族间隔基(spacer)，通常为亚烷基部分，如C1～C12亚烷基部分，例如C6亚烷基部分；且L1和L2表示可附接(attach)至其它部分如荧光团的点。例如，L1和L2可表示连接至官能团的亚烷基、亚烷基-亚芳基或亚烷基-亚芳基-亚烷基部分。假定为附接至另一部分时，官能团被保护或被氢原子取代。用于L1和L2的代表性亚烷基为C1～C4亚烷基，例如亚甲基和亚乙基，特别是亚甲基。代表性亚芳基为亚苯基。官能团通常为能够与例如荧光团或水凝胶反应形成键的任何基团，如酯、酰胺、醛或叠氮化物。在指示剂系统中，受体通常通过这些官能团中的一个或多个连接至荧光团以及可选地连接至载体结构，如水凝胶。
改变间隔基Sp的长度会改变受体的选择性。通常，C6-亚烷基链提供了对葡萄糖具有良好选择性的受体。
此类受体的其它详细说明在US 6,387,672中，其内容通过整体引用合并于此。
通式(I)的受体可用已知技术制备。其它详细说明在US 6,387,672中。
应理解的是，本发明不限于上述的具体受体和其它受体，具体地，具有两个硼酸基的那些受体也可用于本发明中。
适宜荧光团的实例包括蒽、芘和它们的衍生物，例如GB 0906318.1中说明的衍生物，它们的内容通过整体引用合并于此。荧光团通常为非金属性的。荧光团的寿命通常为100ns或更低，例如30ns或更低。该寿命可为1ns或更长，例如10ns或更长。适宜的荧光团的具体实例为具有1至10ns的常规寿命的蒽和芘的衍生物以及具有10至30ns的常规寿命的吖啶酮和喹吖酮的衍生物。
受体和荧光团通常彼此结合以形成受体-荧光团结构体，例如US 6,387,672中所描述的结构体。该结构体可进一步结合至载体结构，如聚合物基体，或者可物理捕获在探针内，例如捕获在聚合物基体内或被葡萄糖可渗透的膜捕获。水凝胶(高亲水的交联聚合物基体，如交联的聚丙烯酰胺)为适宜的聚合物基体实例。在优选的实施方式中，受体-荧光团结构体例如通过受体上的官能团共价结合至水凝胶。因此，该指示剂为荧光团-受体-水凝胶络合物的形式。
在可替代的优选实施方式中，该指示剂(包括受体和荧光团，通常为受体-荧光团结构体的形式)以可溶形式提供，通常，指示剂系统以水溶液提供。这具有在每个指示剂部分周围的微环境基本保持不变的特殊优点。荧光传感器会受指示剂的微环境显著影响。在指示剂周围的局部化微环境中的改变能引起荧光响应上的改变。在指示剂固定到聚合物基体上时，在微环境中存在明显改变，这能产生为连续分布的衰减时间和复合多指数的形式的寿命衰减信号。相比之下，在指示剂溶解于、尤其是以低浓度溶解于溶剂如水中，使得指示剂分子不聚集且为单分散的情况下，对于该给定的溶剂，均质性最大化且获得理想的荧光特性。这产生简单的单指数的信号。
获得均质性的可替代方法是将指示剂固定到大分子量的单分子载体上。优选地，该载体为对称的，且以结果也是对称的方式获得荧光指示剂的立体附接。这例如通过使用以下讨论的树枝状聚合物作为载体材料能够获得。因此，附接至此载体的每个荧光指示剂分子的环境将是等效的。此外，如果这样担载的分子能以合适的浓度溶解于溶剂如水中，则担载的指示剂的环境将是均匀的，再次产生改进的信号特性。
因此，在此实施方式中，指示剂(例如受体-荧光团结构体)可以水溶液和提供在探针的任何孔上的膜包含在探针内，该膜为葡萄糖可渗透的膜。该膜限制指示剂的通过以确保指示剂保留在小室内。这通常通过确保指示剂具有足够高的分子量以基本防止透过膜并使用具有适合的截留分子量的膜来实现。透析膜适用于本发明中。
在一些例子中，指示剂可固有地具有足够高的分子量以防止其透过膜。如上所述，这在指示剂周围的微环境中提供了最大均质性。在此例子中，指示剂系统可为指示剂的溶液形式。或者，受体和荧光团可结合至载体材料以提供载体、受体和荧光团的络合物，该络合物溶解于上述溶液中。络合物的本性不重要，只要受体和荧光团保持与载体结合即可。例如，载体材料可结合至受体-荧光团结构体。或者，载体材料可单独结合至荧光团以及单独结合至受体。在后一情况中，受体和荧光团并没有彼此直接结合，而是仅通过载体材料连接。在本发明的一个实施方式中，络合物采用荧光团-受体-载体形式。
通常，使用高分子量载体材料。这能使本领域技术人员通过将指示剂提供在更高分子量络合物内来限制指示剂通过膜。优选的载体材料具有至少500、例如至少1000、1500或2000或10000的分子量。该载体材料还应溶于水，且在不干扰传感器自身的角度上应为惰性的。
用作载体材料的适宜材料包括聚合物类。可使用能溶于所用溶剂的任何未交联的线性聚合物。或者，载体材料可为能在水中形成水凝胶的交联聚合物(例如轻度交联的聚合物)。例如，载体材料可为由具有至少30％的水含量以使得聚合物与水域之间无明显界面的交联聚合物形成的水凝胶。
聚丙烯酰胺和聚乙烯醇为合适的水溶性线性聚合物的实例。优选地，使用的聚合物具有较低的多分散性。更优选地，上述聚合物为均匀(单分散)的聚合物。此类聚合物由具有均匀的分子量和构造的分子组成。较低的多分散性产生改进的传感器调制。用于形成水凝胶的交联聚合物可由与乙二醇二甲基丙烯酸酯和/或羟基乙基二甲基丙烯酸酯交联的上述水溶性线性聚合物形成。
在一个实施方式中，指示剂结合至具有高水含量的水凝胶。在此例子中，指示剂系统通常包括含水凝胶的水溶液。水凝胶的水含量高至优选至少30％w/w，使得溶液/水凝胶混合物能够认为是聚合物与水域之间无明显固体界面的液体的混合物。在本文中使用的液体水溶胶(fluid hydrogel)为具有水含量高至(通常至少30％w/w)水凝胶放入水中时聚合物与水域之间无明显固体界面的水凝胶。此水凝胶可包括能溶解于溶剂中或可形成相对较低水含量的液体水凝胶的轻度交联的聚合物；或者，水凝胶可包括具有更高水含量以使其处于液体形式的更高程度交联的聚合物。
在特别优选的方面，载体材料为树枝状聚合物。用于本发明的树枝状聚合物的本性没有具体限制，且可使用诸多商购的树枝状聚合物，例如聚乙二胺(PAMAM)如
Figure BDA00002201195500101
树枝状聚合物，以及聚亚丙基亚胺(PPI)如
Figure BDA00002201195500102
树枝状聚合物。想到的其它类型的树枝状聚合物包括苯乙炔树枝状聚合物、Frechet(即聚(苄醚))树枝状聚合物、超支化的树枝状聚合物和多聚赖氨酸树枝状聚合物。在本发明的一个方面，使用聚乙二胺(PAMAM)树枝状聚合物。
树枝状聚合物包括金属芯型和有机芯型，二者均可用于本发明中。通常优选有机芯型树枝状聚合物。
树枝状聚合物的性能受其表面基团影响。在本发明中，表面基团用作附接至受体和荧光团的结合点。因而，优选的表面基团包括能用于此类结合反应的官能团，例如氨基、酯基或羟基，优选氨基。然而，表面基团的本性并没有特别限制。可想到用于本发明的一些常规表面基团包括酰氨基乙醇、酰氨基乙基乙醇胺、己酰胺、羧酸钠、琥珀酸、三甲氧基甲硅烷基、三(羟基甲基)酰氨基甲烷和羧基甲氧基吡咯烷酮，特别为酰氨基乙醇、酰氨基乙基乙醇胺和羧酸钠。
树枝状聚合物上的表面基团数量受树枝状聚合物的制备影响。优选地，树枝状聚合物具有至少4个、优选至少8个或至少16个表面基团。通常，树枝状聚合物的所有表面基团将结合至受体或荧光团部分。然而，在树枝状聚合物的一些表面基团保持未结合至受体或荧光团部分(或受体和荧光团的结构体)的情况下，这些表面基团可用于提供具体所需的性能。例如，可存在提高水溶性的表面基团如羟基、羧酸酯基、硫酸酯基、磷酸酯基或多羟基。硫酸酯基、磷酸酯基和多羟基为水溶性表面基团的优选实例。
在一个方面，树枝状聚合物并入至少一个包含可聚合基团的表面基团。该可聚合基团可为能够进行聚合反应的任何基团，但通常为碳碳双键。并入可聚合基团的适宜表面基团的实例为酰氨基乙醇基，其中氮原子被化学式(-连接基-C＝CH2)取代。连接基通常为亚烷基、亚烷基-亚芳基或亚烷基-亚芳基-亚烷基，其中亚烷基通常为C1或C2亚烷基且亚芳基通常为亚苯基。例如，上述表面基团可包括酰氨基乙醇，其中氮原子被-CH2-Ph-CH＝CH2基取代。
在树枝状聚合物的表面存在可聚合基团能够通过将树枝状聚合物与一种或多种单体或聚合物聚合而使树枝状聚合物附接至聚合物。因此，树枝状聚合物能链到例如水溶性聚合物上以提高树枝状聚合物的水溶性，或链到水凝胶(即高亲水的交联聚合物基体，如聚丙烯酰胺)上以有助于使树枝状聚合物包含在小室内。
优选地，树枝状聚合物是对称的，即所有的树突是相同的。
上述树枝状聚合物可具有通式：
CORE-[A]n
其中，CORE表示树枝状聚合物的金属芯或有机芯(优选有机芯)，n通常为4或更大，例如8或更大，优选16或更大。适宜的CORE基团的实例包括苯环和通式-RN-(CH2)p-NR-和＞N-(CH2)p-N＜的基团，其中p为2至4，例如2，R为氢或C1～C4烷基，优选氢。优选-RN-(CH2)2-NH-和＞N-(CH2)2-N＜。
每个基团A可附接至CORE或其它基团A，从而形成代表性的树枝状聚合物的级联结构(cascading structure)。在优选的方面，2个或更多个、例如4个或更多个的基团A附接至CORE(第一代基团A)。树枝状聚合物通常为对称的，即CORE具有2个或更多个，优选4个或更多个相同的树突。
每个基团A由具有一个或多个分枝基团的基本结构组成。该基本结构通常包括亚烷基或亚芳基部分或它们的组合。优选地，上述基本结构为亚烷基部分。适宜的亚烷基部分为C1～C6亚烷基部分。适宜的亚芳基部分为亚苯基部分。亚烷基和亚芳基部分可为未取代的或取代的，优选未取代的，且亚烷基部分可被选自-NR′-、-O-、-CO-、-COO-、-CONR′-、-OCO-和-OCONR′中的官能团截断或封端，其中R′为氢或C1～C4烷基。
分枝基团为结合至上述基本结构并具有两个或更多个另外的附接点的至少三价的基团。优选的分枝基团包括枝化的烷基、氮原子以及芳基或杂芳基。优选氮原子。
分枝基团通常结合至(i)基团A的基本结构和(ii)两个或更多个其它基团A。然而，在树枝状聚合物的表面上时，分枝基团可自身封端树枝状聚合物(即分枝基团为表面基团)，或分枝基团可结合至两个或更多个表面基团。
优选的基团A的实例为通式-(CH2)q-(FG)s-(CH2)r-NH2的基团，其中q和r相同或不同，并表示1至4的整数，优选1或2，更优选2。s为0或1。FG表示选自-NR′-、-O-、-CO-、-COO-、-CONR′-、-OCO-和-OCONR′中的官能团，其中R′为氢或C1～C4烷基。优选的官能团为-CONH-、-OCO-和-COO-，优选-CONH-。
如上所述，表面基团形成树枝状聚合物附接至指示剂(或单独附接至受体和单独附接至荧光团部分)的附接点。因而，表面基团通常包括未取代或取代的亚烷基或亚芳基部分或它们的组合以及适用于结合至指示剂的至少一个官能团，优选未取代或取代的亚烷基部分。官能团通常为氨基或羟基，优选氨基。上面提供了表面基团的具体实例。
能用于本发明的树枝状聚合物的实例为根据Cheng等人合成的第1代或第2代的PAMAM树枝状聚合物(European Journal of Medicinal Chemistry，2005，40，1384-1389)。所得的表面氨基可用于结合至适宜的受体或荧光团部分、或受体-荧光团结构体。
在使用的树枝状聚合物为金属芯的树枝状聚合物的情况下，它可自身具有荧光性能。此时，可想到树枝状聚合物自身可形成荧光团部分。此情况下载体结合的指示剂仅包括结合至树枝状聚合物的受体部分。
在另一方面，载体材料为具有高分子量(即至少500，优选至少1000、1500或2000或10000)的非树枝状、非聚合的大分子。环糊精、笼型化合物(cryptan)和冠醚为此类大分子的实例。此类大分子还对指示剂提供相同环境并对分析物结合产生更一致的荧光团响应。
受体和荧光团可用任何适合方法结合至载体材料。优选共价连接。通常，荧光团和受体连接形成荧光团-受体结构体，该荧光团-受体结构体随后结合至载体材料。或者，受体和荧光团可单独结合至载体材料。每个载体材料部分的受体-荧光团部分的数量通常大于1，例如4或更多，或者8或更多。在使用树枝状的载体材料时，树枝状聚合物的表面可被指示剂部分覆盖。这可通过将指示剂部分结合至所有(基本所有)的表面树突来实现。
在使用聚合的载体材料时，可改性受体-荧光团结构体以包括双键并与(甲基)丙烯酸酯或其它适合的单体共聚以提供结合至指示剂的聚合物。或者，还可使用可替代的聚合反应或简单的加成反应。Wang等人提供了包括单硼酸葡萄糖受体连接至蒽荧光团的聚合反应的实例(Wang B.，Wang W.，Gao S.，(2001)，Bioorganic Chemistry，29，308-320)。
在树枝状的载体材料的情况下，树枝状聚合物单独与荧光团部分或受体部分反应，或更优选与预先形成的受体-荧光团结构体反应。可使用任何适合的结合反应。适合的技术实例是在硼氢化物试剂的存在下通过还原性胺化使具有表面氨基的树枝状聚合物与具有反应性醛基的荧光团-受体结构体反应。所得的结构可通过超滤纯化。结合至硼酸受体和蒽荧光团的树枝状聚合物实例由James等人提供(Chem.Commum.，1996p706)。
在树枝状的载体材料具有可聚合基团作为表面基团的情况下，树枝状聚合物可与一种或多种单体进行聚合反应以形成树枝状聚合物-聚合物结构体，其中聚合物结合至树枝状聚合物的表面。通常，树枝状聚合物在聚合反应的较晚阶段加入以使树枝状聚合物封端聚合物链。
或者，树枝状聚合物可与预先形成的聚合物反应。这能够例如通过聚合物上的羧酸基与树枝状聚合物上的羟基之间的缩合反应以通过形成的酯提供连接来实现。
能用于这些反应的单体和聚合物的实例为(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮、它们的组合以及它们相应的聚合物。优选的聚合物为水溶性聚合物。优选地，聚合物的水溶性为使聚合物/指示剂溶于水(理想无穷大的溶解度)中时产生足够的荧光信号。特别优选聚丙烯酰胺，因为它导致形成附接于树枝状聚合物的高水溶性聚丙烯酰胺链。在此实施方式的一个方面，结合至树枝状的载体材料的聚合物(例如聚丙烯酰胺)链被交联以形成水凝胶。可选地，水凝胶具有高水含量，使得在放入水中时，在水相和聚合物相之间无明显界面(本文中使用的水凝胶为液体形式)。此时，通常以水或水溶液的混合物形式提供。
来自树枝状聚合物表面的聚合反应可在荧光团和受体部分的附接之前或之后进行。
在受体和荧光团以水溶液提供给传感器的情况下，受体-荧光团结构体或载体结合的结构体的适宜浓度为10-6至10-3M。该浓度可根据所需的传感器性能而改变。受体和荧光团在溶液中的浓度或量越高，信号水平越高。
本发明传感器的一个实施方式描绘在图1和2中。图1示出了传感器单元S，该传感器单元S包括两部分：探测头DH，提供在其上定位探针的体外底座，并可包括存储器装置、任何所需的光学和电子元件、电池或其它电源以及可选的光源和检测器；和探针P，包含指示化学品(indicating chemistry)和波导管。探测头通常具有至少2mm的厚度(例如2～5mm)并具有约1cm(例如0.5～3cm)的直径。图1和2示出了盘形探测头，但探测头的形状可改变。
还提供了在使用期间插入体内的探针P。探针通常具有锥形尖端T以有利于插入皮肤并在插入期间最小化组织损伤。该探针通常为圆柱形形状，并优选具有至少3mm、例如至多12mm的长度。探针的直径通常不大于0.5mm，例如0.1mm至0.5mm。适宜探针的实例为圆柱形中空的针(可选地具有封端以防止体液和组织进入)。因此，该探针具有适用于探测皮下组织，并通常短于用于血管内测量的相应探针的长度。血管内应用的探针通常具有至少几cm的长度，正常将明显更长，并适用于通过套管插入血管。
指示剂系统包括在探针内。葡萄糖能通过孔A由细胞间液进入探针，从而能发生与受体结合。如在此描绘的，在探针的纵壁上提供单个的孔A。需要时可提供两个或更多个孔。在探针的纵壁上的此类孔优选靠近探针的尖端。或者或另外地，在探针的尖端中可提供孔。
通常设计探针使从探针顶部(探针接触探测头或连接器处)到孔A(或每个孔)的距离不大于10mm，优选不大于8mm或5mm。当具有此探针的传感器插入皮肤以使探测头或连接器靠在皮肤上时，孔A(或每个孔)定位于皮下，使得细胞间液能通过孔A(或每个孔)进入探针。
指示剂系统通常在孔A或靠近孔A处固定于探针内，以确保葡萄糖快速扩散到指示剂。在一个实施方式中，受体/荧光团提供在水凝胶或其它聚合物基体中，且水凝胶位于探针的中空针孔内或位于提供此类应用的探针的孔洞内。或者，指示剂可以水溶液提供在探针P内的小室中。葡萄糖渗透的膜优选横过孔A放置以保持指示剂系统在探针内并允许葡萄糖进入。
在本发明的一个实施方式中，荧光信号可被温度校正。在此实施方式中，热电偶(热敏电阻或其它温度探针)将放置在探针内的指示化学品的旁边。
如图2所示，传感器单元可以两个分离的部分提供。第一部分为探针单元1，探针单元1包括探针P和可选的用于将探针连接至探测头的连接器2。第二部分为探测头DH。在使用中连接器布置用于可选地将探针内的波导管连接至探测头DH，以保持指示剂系统与光源和检测器之间的光学连接。通常，分为两部分的波导管将提供在探测头内，一侧与光源连接，另一侧与检测器连接。在热电偶提供在探针内的情况下，对热电偶提供进一步连接。探测头和探针通常还具有锁定机构以正确地对准任何连接。一旦连接，探针、连接器和探测头构成图1的传感器单元。
在此实施方式中，可想到探针单元1将为具有由低成本材料如合成聚合物制成的连接器的一次性单元。上述探针可为针，如不锈钢针或钛针。探测头DH在此实施方式中为非一次性单元，该非一次性单元布置用于连接对于每次应用的新探针单元。电源，如可充电电池或布置用于包括一次性电池的单元也可定位于探测头内。
传感器单元与读数单元R联合使用，其优选的实施方式示于图3中。读数单元通常提供葡萄糖浓度的输出，该输出可显示于显示器27上或储存于存储器28中。读数单元另外包括任何所需的电源5a(例如可再充电电池或布置用于包括一次性电池的单元)、处理单元24和其它所需的电子元件。读数单元可具有连接器，该连接器用于物理连接至探测头以提供电子连接或电子连接和光学连接。例如，连接可通过探测头顶部上的触点C1和C2与读数单元上相似的触点(未示出)之间的接触或通过电缆连接来进行。读数单元可在使用期间物理夹入探测头。或者，读数单元可布置用于接收来自探测头的数据，不是通过数据的物理连接，而是例如通过感应或通过无线传输。在此情况下，读数单元包括布置用于接收探测头传输的数据的接收器。优选无线传输或通过触点的连接。
在本发明的传感器中还提供了光源3，光源3用于将合适波长的入射光传输到指示剂和检测器4以检测反馈信号。如图3所示，这些通常包括在探测头中。光源优选为LED，但可为可替代的光源，如激光二极管。光源可被温度稳定。光源的波长取决于使用的荧光团。术语“光”不是要暗示对光源发射波长的任何具体限制，尤其是不限于可见光。光源3可包括选择激发波长的滤光器，但如果光源具有充分的窄带或为单色的，则这种滤光不是必需的。
可使用能够检测荧光寿命的任何适合的检测器4。在一个方面，检测器4为单光子雪崩二极管(SPAD)(一种光电二极管)；适宜的SPAD包括SensLSPMMicro、Hamamatsu MPPC、Idquantique ID101和其它相似的装置。(单光子雪崩二极管也可认为是Geiger模式APD或G-APD；其中APD代表雪崩二极管)。滤光器(未示出)可提供用于限制能够到达检测器4的光的波长，例如基本阻挡除所关注的荧光波长以外的所有光。
波导管通常提供用于在光源/检测器和指示剂系统之间传输光。在检测器和光源靠近探针的末端定位的情况下，波导管可省掉(或探针自身可用作波导管)。或者，可使用诸如光学纤维的波导管。需要时，指示剂系统可附接至光学纤维的尖端或在纤维的远端内，且纤维插入探针，使得指示剂系统位于或靠近孔A。
在图示的实施方式中，光源和检测器存在于探测头中。这具有在传感器头和读数单元之间无需光学连接的优点。在可替代的实施方式中，光源和检测器位于读数单元内。这具有可使用简单的小型轻质探测头的优点，因为此部分可例如仅包括存储器装置和任何所需光学元件。然而，必须在读数单元和探测头之间建立可靠的光学连接。这可通过使用光缆连接读数单元和探测头来实现。
在本发明的一个实施方式中，如图3所示，探测头另外包括电源5。该电源可为可再充电电池或布置用于包含一次性电池的单元。该实施方式具有可进行皮下组织内葡萄糖浓度的测量而无需物理连接传感器单元和读数单元的优点。因而，该实施方式特别有利于连续的葡萄糖监测，例如整夜连续监测葡萄糖水平。探测头可包含小存储容量以存储所得数据。
在该实施方式的优选方面，探测头进一步包括传输器6。在此实施方式中，由传感器单元收集的寿命数据能被无线传输至位于读数单元内的接收器7。通常，传输来自检测器的输出信号，可选地在转换为数字信号(例如通过合适的模-数转换器(ADC)，未示出)后传输来自检测器的输出信号。此传输可例如通过感应、红外线或其它适用于数据的无线传输的方式如通过无线电话或互联网连接来进行。这样，读数单元和传感器单元可彼此远离。例如，读数单元可位于病人家里的固定位置，且病人能在家或固定区域周围自由移动，而数据被连续收集并传输给阅读器。相似地，读数单元可提供在医院中，而传感器单元固定于家里的病人。以此方式传播医疗数据的实例可在WO9959460看到。在此申请中说明的数据传输和接收的系统可用于本发明中。
图4示意性示出了根据本发明使用SPAD检测器的荧光传感器的优选实施方式。该实施方式说明了使用频域测量的荧光团寿命测量，但相同的设备可同样用于时域测量。信号发生器10以第一频率产生传至驱动器12的高频周期信号。驱动器12可调节第一信号，然后用其驱动光源3的调制。通常，信号发生器和驱动器与光源和检测器一起包含在探测头内，尽管在可替代的实施方式中，信号发生器和驱动器以及光源和检测器可存在于读数单元内。
驱动器12驱动光源3以调制激发光的强度(振幅)。优选地，这通过驱动器12电调制光源以改变发射强度来完成。或者，光源3可包括可变的光学调制器以改变最终输出强度。由信号发生器10和驱动器12控制的来自光源3的光的强度调制的形状(波形)根据情况可采用多种形式，包括正弦曲线、三角形或脉冲，但该调制在第一频率下为周期性的。
图4中，来自光源3的光输出通过光学纤维18传输给探针内的指示化学品16，尽管可使用可替代的波导管，例如单独的探针。在此实施方式中，由于光源3的输出被周期性调制，所以荧光也实际上在基频的第一频率下调制。然而，由于荧光团的荧光性质具有在荧光发射的光内引入的时间延迟；该表现本身作为激发光的调制与荧光的调制之间的相位延迟。
发射的荧光通过光学纤维18传输给检测器4。在此实施方式中，检测器4为单光子雪崩二极管(SPAD)。单光子雪崩二极管检测器4可为具有低击穿电压(阀值)的类型或具有高击穿电压的类型。可通过偏压源22对单光子雪崩二极管检测器施加偏压，使得偏压高于单光子雪崩二极管的击穿电压。在此状态下，检测器4具有非常高的灵敏度，使得接收单个光子产生输出电流脉冲，由此即使在强度非常低时，总输出电流也与接收的光强度相关。
偏压源22接收来自信号发生器10的第二频率的周期信号，使得在该第二频率下调制对单光子雪崩二极管检测器4施加的偏压。在优选的实施方式中，单光子雪崩二极管检测器为低电压型，且平均偏压为25至35Vdc的区域内，但根据装置的实际击穿电压可更高或更低，在第二频率下的调制深度通常为3至4V。与光源的波形相似，调制的波形不限于任何具体形式，但通常为正弦曲线。检测器4的输出传至信号处理器24。可提供模-数转换器(ADC)(未示出)，以使单光子雪崩二极管的模拟输出信号转换为数字域，且信号处理器24能实施数字信号处理(DSP)。信号处理器可存在于读数单元内，从而在进一步进行信号处理之前，通常将来自单光子雪崩二极管的输出从探测头传输给读数单元。或者，信号处理器可位于探测头内。
信号处理器24可用专用电子硬件或在通用处理器上运行的软件或它们二者的组合执行。在优选的实施方式中，微处理器30同时控制进行分析的信号处理器24和信号发生器10。因而，信号处理器24具有基于光源调制信号频率和相位以及检测器偏压调制频率和相位的信息。
偏压的调制调整了单光子雪崩二极管检测器4的增益。在第一频率下调制光源3以及由此接收的荧光，但单光子雪崩二极管检测器4的偏压在不同于第一频率的第二频率下调制。这通过在等于第一频率和第二频率之差的频率下对分析信号操作的信号处理器24能使用外差测量法。优选地，第一频率和第二频率相差小于10％，更优选小于1％。第一频率和第二频率之间的频率差取决于使用的指示剂系统，但可为例如50kHz。
根据另一实施方式，第一频率和第二频率可表面上相同，但在信号(例如通过连续变化的延迟相对于一个信号延迟另一信号)之间引入变化的相移。由于每个循环相移变化，这实际上等同于具有两个不同频率。优选地，引入的相移快速摆动。
根据被分析的信号以及得知光源3的调制和检测器偏压的调制的频率和相位，信号处理器24能确定引入系统内的相位延迟。减去传感器固有的相位延迟(其可在不存在任何荧光团下或以具有已知的荧光寿命(已知的相位延迟)的样品进行计算)，从而提供单纯由于指示剂系统内的荧光团而导致的相移。然后，该信息可使用适合的校准数据转换为葡萄糖浓度。随后所需的测量结果以输出26提供。输出测量结果可显示在显示器(图3的27)上和/或可记录在存储器(图3的28)中以供随后提取。
上述方法基本使用单一数据点以得到所需的荧光相关信息。然而，根据本发明进一步优选的实施方式，可进行一系列的测量，但对于每个测量，电学引入不同的相移和/或频率差，使得相角可控制地提前或延迟。由信号发生器10产生的两个信号波形处于彼此不同的第一频率和第二频率，使得信号在这些频率下的相对相位将随着时间而改变。然而，该设备在控制之下，使得例如两种频率的波形能在特定时刻同步，然后能够计算在任何其它时间下的实际相移。在一个实施例中，以10kHz、20kHz和30kHz的频率差内的位移重复测量。此外，在同步点可引入特殊的相移，从而使波形具有已知的初始相差。对于每种引入的相角程(phase angle shift)，得到被分析信号的调制深度，以有效地安排相位调制的间隔。引入的相角可从0至180度例如以5度的步幅增长。该结果为将调制深度与引入的相角联系在一起的一系列的数据点。这些数据点构成了曲线图，该图例如能通过曲线配适和/或和与不存在样品的相角、或者存在一种或多种标准校准样品的相角相关的调制深度的校准数据比较来分析。概括地，可总计使用不同的初始相差和/或不同的频率差的测量结果，从而能改进整体测量精度。
上述方法的概要示意性地示于图5的流程图中。
整个传感器设备可由微处理器30控制。尽管图4示出了许多分离的电子电路项目，这些中的至少一些可集成在单个集成电路如场可编程门阵列(FPGA)或特定用途集成电路(ASIC)中。
本发明传感器的使用通常包括将一次性探针单元附接至探测头，并将探针插入皮肤下。探针通常完全插入，以使探测头的下表面与皮肤接触。因此，探针的尖端位于皮肤下约3至7mm处。传感器可例如使用粘合带或在传感器上缝合适当的固定点而附接于皮肤。读数单元与探测头短暂连接，例如至多30秒，优选至多20秒或至多15秒。此时间周期能进行测量并将所需数据传输给读数单元。
在本发明的一个实施方式中，探测头包括光源、电源和检测器，且传感器用于连续监测葡萄糖水平。在此实施方式中，由于探测头包括其自己的电源，所以在进行测量之前无需提供阅读器与探测头之间的连接。
本文中使用的葡萄糖浓度的连续测量包括在所需期间内如整夜自动进行的两次或更多次、通常10次或更多次的葡萄糖浓度阅读。因此，微处理器30布置用于控制传感器设备以规定的间隔自动进行葡萄糖浓度的测量。这包括至少进行以下步骤：(b)对指示剂系统提供入射光；(c)接收由指示剂系统发射的光以产生输出信号；和(d)以规定的间隔确定与荧光团的荧光寿命相关的信息两次或更多次。通常，测量可以每10秒至每10分钟进行一次。
通常，来自检测器的输出，可选地在适当的信号转换之后的来自检测器的输出被无线传输给读数单元。而且，信号处理可在读数单元内进行，且所得数据存储在存储容量28中和/或用显示器27显示。该实施方式能够使数据连续传输给读数单元，而不是提出请求时，且特别有利于整夜连续监测葡萄糖水平。
已参照多种具体实施方式和实施例说明了本发明，但应理解的是，本发明不限于这些实施方式和实施例。

Claims (21)

1.一种用于测量皮下组织内葡萄糖的葡萄糖传感器，所述传感器包括：
用于皮下插入的探针，所述探针包括指示剂系统，所述指示剂系统包括选择性结合至葡萄糖的受体和与所述受体关联的荧光团，其中所述荧光团具有低于100ns的荧光寿命；
探测头，所述探测头与所述探针光学连接，并位于身体外；
光源；和
检测器，所述检测器布置用于接收由所述指示剂系统发射的荧光，其中所述光源和检测器可选地位于所述探测头内；
其中，所述传感器布置用于通过监测所述荧光团的所述荧光寿命来测量皮下组织内的葡萄糖浓度。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述检测器为单光子雪崩二极管。
3.根据权利要求2所述的传感器，进一步包括：
驱动器，所述驱动器布置用于在第一频率下调制光源强度；
偏压源，所述偏压源布置用于对所述单光子雪崩二极管施加偏压，其中在不同于所述第一频率的第二频率下调制所述偏压，且其中所述偏压高于所述单光子雪崩二极管的击穿电压；和
信号处理器，所述信号处理器布置用于至少基于所述单光子雪崩二极管的输出信号来确定与所述荧光团的荧光寿命相关的信息。
4.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中，所述受体为酶或包含一个或多个硼酸基的化合物。
5.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中，所述荧光团具有30ns或更短的荧光寿命。
6.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中，所述荧光团具有20ns或更长的荧光寿命。
7.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中，所述荧光团为非金属荧光团。
8.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中，所述指示剂系统包括结合至水凝胶的荧光团-受体结构体。
9.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述水凝胶为具有至少30％w/w的水含量的液体水凝胶。
10.根据前述任一项权利要求所述的传感器，其中，所述指示剂系统以水溶液提供。
11.根据前述任一项权利要求所述的传感器，包括(a)非一次性探测头和(b)一次性探针单元，所述一次性探针单元包括所述探针和连接器，所述连接器布置用于将所述探针与所述探测头连接。
12.根据前述任一项权利要求所述的传感器，进一步包括读数单元，所述读数单元用于连接至所述探测头或接收来自所述探测头的数据，其中所述光源和检测器可选地位于所述读数单元内。
13.根据权利要求12所述的传感器，其中，所述探测头包括所述光源和检测器，且另外包括电源和传输器，所述传输器布置用于将与所述检测器的输出相关的数据无线传输给接收器，且其中所述读数单元包括布置用于接收由所述传输器传输的数据的接收器。
14.根据前述任一项权利要求所述的传感器，进一步包括微处理器和存储器，所述微处理器布置用于控制所述传感器以规定的间隔提供两次或更多次的葡萄糖浓度测量，所述存储器布置用于存储关于荧光寿命数据或葡萄糖浓度的信息。
15.一种在权利要求1至14中任一项所述的葡萄糖传感器中使用的一次性探针单元，包括：(a)用于皮下插入的探针，所述探针包括权利要求1或4至10中任一项所述的指示剂系统；和(b)连接器，所述连接器布置用于可选地将所述探针与探测头连接，所述探测头包括光源和检测器，或所述探测头自身进一步可选地与光源和检测器连接。
16.一种适用于与分离的探针单元连接的探测头，其中所述探测头包括检测器，所述检测器为单光子雪崩二极管，所述检测器布置用于接收来自所述探针单元的光，所述探测头适用于监测低于100ns的荧光寿命。
17.根据权利要求16所述的探测头，其中，所述探测头适用于监测20ns或更长的荧光寿命。
18.一种测量皮下组织内的葡萄糖浓度的方法，所述方法包括：
(a)将权利要求1至11中任一项所述的传感器的探针插入皮下组织；
(b)由光源对指示剂系统提供入射光；
(c)使用检测器接收由所述指示剂系统响应所述光源对所述指示剂系统入射的光而发射的荧光，并产生输出信号；和
(d)至少基于所述检测器的输出信号来确定与所述荧光团的荧光寿命相关的信息。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法进一步包括：(e)将与所述检测器的输出信号相关的数据或与所述荧光团的所述荧光寿命相关的数据无线传输给位于读数单元内的接收器，其中步骤(e)可在步骤(d)之前或之后进行。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述检测器为单光子雪崩二极管，且所述方法进一步包括以下步骤：
(f)在第一频率下调制光源强度；和
(g)对所述单光子雪崩二极管施加偏压，其中在不同于所述第一频率的第二频率下调制所述偏压，且其中所述偏压高于所述单光子雪崩二极管的击穿电压。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中，通过以规定的间隔至少进行步骤(b)、(c)和(d)两次或更多次并将所得的信息存储在存储器中来连续监测葡萄糖浓度。
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WO (1) WO2011101625A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109414229A (zh) * 2016-08-26 2019-03-01 心脏起搏器股份公司 用于使用可植入医疗设备确定分析物的存在的系统和方法
CN109452944A (zh) * 2017-09-06 2019-03-12 东北大学 基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统
CN110269627A (zh) * 2019-08-02 2019-09-24 普乐药业有限公司 血糖测量系统以及方法
CN110621227A (zh) * 2017-05-23 2019-12-27 豪夫迈·罗氏有限公司 传感器系统及其制造方法
CN113274007A (zh) * 2013-03-14 2021-08-20 普罗菲尤萨股份有限公司 用于校正光学信号的方法和装置

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7146203B2 (en) 2003-12-18 2006-12-05 Elliot Botvinick Implantable biosensor and methods of use thereof
US8512243B2 (en) 2005-09-30 2013-08-20 Abbott Diabetes Care Inc. Integrated introducer and transmitter assembly and methods of use
US8029441B2 (en) 2006-02-28 2011-10-04 Abbott Diabetes Care Inc. Analyte sensor transmitter unit configuration for a data monitoring and management system
US20100198034A1 (en) 2009-02-03 2010-08-05 Abbott Diabetes Care Inc. Compact On-Body Physiological Monitoring Devices and Methods Thereof
US9517023B2 (en) 2009-06-01 2016-12-13 Profusa, Inc. Method and system for directing a localized biological response to an implant
CA2765712A1 (en) 2009-08-31 2011-03-03 Abbott Diabetes Care Inc. Medical devices and methods
CA2766685A1 (en) 2010-03-24 2011-12-29 Abbott Diabetes Care Inc. Medical device inserters and processes of inserting and using medical devices
US10010272B2 (en) 2010-05-27 2018-07-03 Profusa, Inc. Tissue-integrating electronic apparatus
KR101690535B1 (ko) 2010-10-06 2017-01-09 프로퓨사 인코퍼레이티드 조직-일체화 센서
WO2012095628A1 (en) 2011-01-11 2012-07-19 Lightship Medical Limited Glucose sensor molecule
US10660550B2 (en) * 2015-12-29 2020-05-26 Glysens Incorporated Implantable sensor apparatus and methods
AU2014274784B2 (en) 2013-06-06 2018-12-06 Profusa, Inc. Apparatus and methods for detecting optical signals from implanted sensors
AU2014308015B2 (en) * 2013-08-14 2019-08-22 Eyesense Ag Method and apparatus for determining a smoothed data point within a stream of data points
US10213139B2 (en) 2015-05-14 2019-02-26 Abbott Diabetes Care Inc. Systems, devices, and methods for assembling an applicator and sensor control device
CA2996053A1 (en) * 2015-09-02 2017-03-09 Metronom Health, Inc. Systems and methods for continuous health monitoring using an opto-enzymatic analyte sensor
US11331018B2 (en) 2016-12-22 2022-05-17 Profusa, Inc. System and single-channel biosensor for and method of determining analyte value
AU2018291393A1 (en) 2017-06-29 2020-01-02 Profusa, Inc. Multi-analyte sensing tissue-integrating sensors
EP3977097A1 (en) 2019-05-29 2022-04-06 Viktor Tomasov Compact device for non-invasive measurement of markers in physiological fluids
USD1002852S1 (en) 2019-06-06 2023-10-24 Abbott Diabetes Care Inc. Analyte sensor device
USD999913S1 (en) 2020-12-21 2023-09-26 Abbott Diabetes Care Inc Analyte sensor inserter

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994000602A1 (en) * 1992-06-29 1994-01-06 Sensor Technologies, Inc. Method and device for detecting and quantifying substances in body fluids
EP0693271A1 (en) * 1994-07-18 1996-01-24 Minimed Inc. Optical glucose sensor
US20020043651A1 (en) * 2000-04-04 2002-04-18 Darrow Christopher B. Fluorescent lifetime assays for non-invasive quantification of analytes such as glucose
US20020193672A1 (en) * 1995-11-22 2002-12-19 Walsh Joseph C. Long wave fluorophore sensor compounds and other fluorescent sensor compounds in polymers
US20050124873A1 (en) * 1997-03-04 2005-06-09 Shults Mark C. Device and method for determining analyte levels
EP1324691B1 (en) * 2000-10-13 2006-05-10 Precisense A/S Optical sensor for in situ measurement of analytes
CN1845705A (zh) * 2003-09-02 2006-10-11 早出广司 葡萄糖传感器和葡萄糖浓度测定装置
US20070105176A1 (en) * 2005-09-28 2007-05-10 Ibey Bennett L Method and apparatus for glucose monitoring
WO2007144864A1 (en) * 2006-06-14 2007-12-21 National University Of Ireland, Galway Solid-state fluorescent analyser
CN101530327A (zh) * 2009-04-20 2009-09-16 湖州艾木奇生物科技咨询服务有限公司 皮下组织实时监测用针状电流测定式葡萄糖传感器及其制作方法
CN101530328A (zh) * 2009-04-20 2009-09-16 湖州艾木奇生物科技咨询服务有限公司 皮下植入式的葡萄糖传感器及其制作方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS591256U (ja) * 1982-06-25 1984-01-06 横河電機株式会社 アバランシエ・フオトダイオ−ドの駆動回路
US6171264B1 (en) 1998-05-15 2001-01-09 Biosys Ab Medical measuring system
JP3437094B2 (ja) * 1998-07-03 2003-08-18 松下電器産業株式会社 多波長蛍光偏光法
US6387672B1 (en) 2000-12-04 2002-05-14 Beckman Coulter, Inc. Photo-induced electron transfer fluorescent sensor molecules
JP4312559B2 (ja) * 2003-09-19 2009-08-12 株式会社フジクラ センサ内蔵針、検体採取用器具、及び検体検査システム
US7496392B2 (en) * 2003-11-26 2009-02-24 Becton, Dickinson And Company Fiber optic device for sensing analytes
WO2006009910A2 (en) * 2004-06-17 2006-01-26 The Regents Of The University Of California Time-resolved optometric fluorescence detection for skin diagnostics
GB0426822D0 (en) * 2004-12-07 2005-01-12 Precisense As Sensor for detection of glucose
US20080071157A1 (en) * 2006-06-07 2008-03-20 Abbott Diabetes Care, Inc. Analyte monitoring system and method
DE102006030530A1 (de) * 2006-07-01 2008-01-03 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Verfahren und Anordnung zur Detektierung von Lichtsignalen
US8845530B2 (en) * 2007-01-02 2014-09-30 Isense Corporation Resposable biosensor assembly and method of sensing
CN101707875B (zh) * 2007-03-07 2014-09-17 回声治疗有限公司 被分析物透皮监测系统及检测分析物的方法
JP5517919B2 (ja) * 2007-05-10 2014-06-11 グルメトリクス、 インク． 即時血管内グルコース測定のための平衡非消費蛍光センサー

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994000602A1 (en) * 1992-06-29 1994-01-06 Sensor Technologies, Inc. Method and device for detecting and quantifying substances in body fluids
EP0693271A1 (en) * 1994-07-18 1996-01-24 Minimed Inc. Optical glucose sensor
US20020193672A1 (en) * 1995-11-22 2002-12-19 Walsh Joseph C. Long wave fluorophore sensor compounds and other fluorescent sensor compounds in polymers
US20050124873A1 (en) * 1997-03-04 2005-06-09 Shults Mark C. Device and method for determining analyte levels
US20020043651A1 (en) * 2000-04-04 2002-04-18 Darrow Christopher B. Fluorescent lifetime assays for non-invasive quantification of analytes such as glucose
EP1324691B1 (en) * 2000-10-13 2006-05-10 Precisense A/S Optical sensor for in situ measurement of analytes
CN1845705A (zh) * 2003-09-02 2006-10-11 早出广司 葡萄糖传感器和葡萄糖浓度测定装置
US20070105176A1 (en) * 2005-09-28 2007-05-10 Ibey Bennett L Method and apparatus for glucose monitoring
WO2007144864A1 (en) * 2006-06-14 2007-12-21 National University Of Ireland, Galway Solid-state fluorescent analyser
CN101530327A (zh) * 2009-04-20 2009-09-16 湖州艾木奇生物科技咨询服务有限公司 皮下组织实时监测用针状电流测定式葡萄糖传感器及其制作方法
CN101530328A (zh) * 2009-04-20 2009-09-16 湖州艾木奇生物科技咨询服务有限公司 皮下植入式的葡萄糖传感器及其制作方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113274007A (zh) * 2013-03-14 2021-08-20 普罗菲尤萨股份有限公司 用于校正光学信号的方法和装置
CN109414229A (zh) * 2016-08-26 2019-03-01 心脏起搏器股份公司 用于使用可植入医疗设备确定分析物的存在的系统和方法
CN110621227A (zh) * 2017-05-23 2019-12-27 豪夫迈·罗氏有限公司 传感器系统及其制造方法
CN109452944A (zh) * 2017-09-06 2019-03-12 东北大学 基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统
CN109452944B (zh) * 2017-09-06 2023-08-15 东北大学 基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统
CN110269627A (zh) * 2019-08-02 2019-09-24 普乐药业有限公司 血糖测量系统以及方法

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Publication number Publication date
US20130060107A1 (en) 2013-03-07
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CA2790198A1 (en) 2011-08-25

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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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